RU2207525C2 - Method for measuring light fluxes and apparatus for performing the same - Google Patents
Method for measuring light fluxes and apparatus for performing the same Download PDFInfo
- Publication number
- RU2207525C2 RU2207525C2 RU2001115850/28A RU2001115850A RU2207525C2 RU 2207525 C2 RU2207525 C2 RU 2207525C2 RU 2001115850/28 A RU2001115850/28 A RU 2001115850/28A RU 2001115850 A RU2001115850 A RU 2001115850A RU 2207525 C2 RU2207525 C2 RU 2207525C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photodiode
- resistor
- series
- inverters
- capacitor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области фотометрии и пирометрии и может быть использовано для измерения световых потоков ИК, видимого и ультрафиолетового диапазонов, а также может быть использовано в качестве датчиков пламени и температуры. The invention relates to the field of photometry and pyrometry and can be used to measure light fluxes of the IR, visible and ultraviolet ranges, and can also be used as flame and temperature sensors.
Известен способ измерения интенсивности световых потоков, заключающийся в преобразовании фотоприемником светового потока в аналоговый электрический сигнал, усилении этого сигнала и измерении параметров аналогового сигнала, по которым определяют характеристики светового излучения [1]. К недостаткам способа относится низкая помехоустойчивость, точность измерения, а также малый входной динамический диапазон. A known method of measuring the intensity of light flux, which consists in converting a light detector into an analog electric signal by a photodetector, amplifying this signal and measuring the parameters of the analog signal, which determine the characteristics of light radiation [1]. The disadvantages of the method include low noise immunity, measurement accuracy, as well as a small input dynamic range.
Также известен способ измерения интенсивности светового излучения [2], в котором сигнал с фотоприемника поступает одновременно на два усилителя, по разности выходных сигналов которых определяют характеристики излучения. Способ позволяет несколько повысить динамический диапазон измеряемых световых потоков, однако остальные недостатки ему также присущи. Also known is a method of measuring the intensity of light radiation [2], in which the signal from the photodetector arrives simultaneously at two amplifiers, the difference in the output signals of which determine the characteristics of the radiation. The method allows to slightly increase the dynamic range of the measured light fluxes, but other disadvantages are also inherent in it.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ измерения интенсивности световых потоков [3] путем преобразования его в последовательность электрических импульсов, частота следования которых зависит от интенсивности излучения, и измерения длительности импульсов. Недостатком способа является малый входной динамический диапазон. Другим недостатком способа является двухступенчатый процесс преобразования оптического сигнала в частоту сигнала. Фотоприемник преобразует оптический сигнал в напряжение, а затем это напряжение с помощью аналого-цифрового преобразователя преобразуется в последовательность электрических импульсов. За счет этого снижается точность измерений и усложняется схема. Closest to the claimed method is a method of measuring the intensity of light fluxes [3] by converting it into a sequence of electrical pulses, the repetition rate of which depends on the radiation intensity, and measuring the duration of the pulses. The disadvantage of this method is the small input dynamic range. Another disadvantage of this method is the two-stage process of converting an optical signal into a signal frequency. A photodetector converts an optical signal into a voltage, and then this voltage is converted into a sequence of electrical pulses using an analog-to-digital converter. Due to this, the accuracy of measurements is reduced and the circuit is complicated.
Задачей изобретения является увеличение динамического диапазона измеряемых световых потоков, а также повышение точности измерения. The objective of the invention is to increase the dynamic range of the measured light fluxes, as well as improving the accuracy of the measurement.
Поставленная задача достигается тем, что в способе измерения световых потоков путем преобразования его в последовательность электрических импульсов, частота следования которых зависит от интенсивности излучения, и измерения длительности импульсов, формируют такую последовательность, в которой частота и скважность зависят от интенсивности потока, дополнительно измеряют скважность и по результатам совместных измерений частоты, длительности и скважности судят о величине светового потока. The problem is achieved in that in the method of measuring light fluxes by converting it into a sequence of electrical pulses, the repetition rate of which depends on the intensity of the radiation, and measuring the duration of the pulses, form a sequence in which the frequency and duty cycle depend on the intensity of the flow, additionally measure the duty cycle and according to the results of joint measurements of frequency, duration and duty cycle judge the magnitude of the luminous flux.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве, содержащем фотодиод, усилительный элемент, резистор и конденсатор, фотодиод и резистор соединены последовательно и установлены в частотозадающую R-цепь автогенератора или мультивибратора. Усилительный элемент выполнен на двух инверторах, соединенных последовательно. Последовательно включенные фотодиод и резистор первым выводом подсоединены ко входу, а вторым - к выходу первого инвертора, а конденсатор включен между входом первого и выходом второго инверторов. Также усилительный элемент может быть выполнен на трех соединенных последовательно инверторах, а последовательно включенные резистор и фотодиод подсоединены между входом первого и выходом третьего инверторов. Конденсатор также включен между входом первого и выходом второго инверторов. The problem is achieved in that in a device containing a photodiode, an amplifying element, a resistor and a capacitor, a photodiode and a resistor are connected in series and installed in the frequency-setting R-circuit of a self-oscillator or multivibrator. The amplifying element is made on two inverters connected in series. Serially connected photodiode and resistor with the first output are connected to the input, and the second - to the output of the first inverter, and a capacitor is connected between the input of the first and the output of the second inverters. Also, the amplifying element can be made on three inverters connected in series, and a resistor and a photodiode connected in series between the input of the first and the output of the third inverter. A capacitor is also included between the input of the first and the output of the second inverter.
На фиг. 1 представлен автогенератор (мультивибратор), в частотозадающую R-цепь которого включены последовательно соединенные фотодиод и резистор. In FIG. 1 shows a self-oscillator (multivibrator), in the frequency-setting R-circuit of which are connected series-connected photodiode and resistor.
Устройство, представленное на фиг.1, содержит автогенератор (мультивибратор), в частотозадающую R-цепь которого включены последовательно соединенные фотодиод 2 (VD1) и резистор 3 (R1). Устройство работает следующим образом. На фотодиод 2 падает световой поток, интенсивность которого определяет сопротивление фотодиода в закрытом состоянии. При наличии на выходе автогенератора 1 напряжения, соответствующего закрытому состоянию фотодиода 2, процесс, происходящий в автогенераторе (например, если это RC-генератор, то зарядка или разрядка конденсатора), будет определятся, в основном, его величиной. После того как полярность напряжения на выходе автогенератора 1 изменится, фотодиод 2 окажется в открытом состоянии и процесс, происходящий в автогенераторе 1, будет определяться, в основном, величиной резистора 3. В результате чего длительности импульсов, соответствующие открытому и закрытому состоянию фотодиода, будут различными. The device shown in figure 1, contains a self-oscillator (multivibrator), in the frequency-setting R-circuit of which are connected in series connected photodiode 2 (VD1) and resistor 3 (R1). The device operates as follows. The light flux falls on
На фиг. 2 представлена принципиальная схема устройства на двух инверторах. На фиг.3 представлены сигналы на выходе первого инвертора при различной интенсивности падающего светового потока. На фиг.4 представлена принципиальная схема устройства на трех инверторах. In FIG. 2 shows a schematic diagram of a device on two inverters. Figure 3 presents the signals at the output of the first inverter at different intensities of the incident light flux. Figure 4 presents a schematic diagram of a device on three inverters.
Устройство, представленное на фиг.2, содержит фотодиод 2 (VD1), последовательно соединенный с ним резистор 3 (R1), конденсатор 4 (С1) и два инвертора 5 и 6 (DD1.1 и DD1.2). При этом резистор 3 (R1) подключен ко входу первого инвертора 5 (DD1.1), а фотодиод 2 (VD1) - к его выходу (возможно обратное включение), а конденсатор 4 (С1) подключен между входом первого 5 (DD1.1) и выходом второго 6 (DD1.2) инверторов. The device shown in figure 2, contains a photodiode 2 (VD1), a resistor 3 (R1) connected in series with it, a capacitor 4 (C1) and two
Устройство работает следующим образом. Пусть после включения источника питания напряжение на выходе первого инвертора 5 (DD1.1) соответствует уровню логической "1", а на выходе второго инвертора 6 (DD1.2) - уровню логического "0". Тогда в начальный момент времени напряжение на левой обкладке конденсатора 4 (С1) тоже соответствует логическому "0". Фотодиод 2 (VD1) находится в закрытом состоянии. Конденсатор 4 (С1) начинает заряжаться через резистор 3 (R1) и закрытый фотодиод 2 (VD1). Сопротивление закрытого фотодиода 2 (VD1) зависит от интенсивности падающего на него излучения, причем чем больше интенсивность светового потока, тем меньше сопротивление закрытого фотодиода 2 (VD1), быстрее заряжается конденсатор 4 (С1) и достигается пороговый уровень на входе первого инвертора 5 (DD1.1). При его достижении на выходе первого инвертора 5 (DD1.1) сигнал станет соответствовать уровню логического "0", а на входе второго инвертора 6 (DD1.2) - логической "1" в результате лавинообразного процесса. При этом на левой обкладке конденсатора 4 (С1) напряжение станет равным напряжению источника питания плюс напряжение порогового уровня, а фотодиод 2 (VD1) перейдет в открытое состояние. Конденсатор 4 (С1) начнет разряжаться через резистор 3(R1) и открытый фотодиод 2 (VD1). Сопротивление открытого фотодиода на несколько порядков меньше сопротивления закрытого фотодиода, причем почти не зависит от падающего на него светового потока. Поэтому процесс разрядки определяется в основном величиной сопротивления резистора 3 (R1) и в меньшей степени сопротивлением открытого фотодиода 2 (VD1) и почти не зависит от падающего на фотодиод излучения. Затем напряжение на левой обкладке конденсатора 4 (С1) начинает уменьшаться, и при достижении порогового значения на входе первого инвертора 5 (DD1.1) напряжение на его выходе опять станет "1", а на выходе второго инвертора 6 (DD1.2) - "0", и конденсатор 4 (С1) опять начнет заряжаться. В результате получается последовательность электрических прямоугольных импульсов (цифровых), у которых от интенсивности излучения зависит частота и скважность импульсов (фиг.3). При этом расширяется динамический диапазон измеряемых световых потоков (определяется диапазоном работоспособности фотодиода 2 (VD1)), a также повышается точность за счет измерения сразу трех величин: частоты, длительности и скважности импульсов. На фиг.3 сигнал 7 соответствует малой интенсивности светового излучения, а сигнал 8 - большой. Причем длительность, соответствующая логической "1", зависит от интенсивности светового излучения, а длительность, соответствующая логическому "0", не зависит от нее (для данного включения полярности фотодиода 2 (VD1)). The device operates as follows. Suppose that after turning on the power source, the voltage at the output of the first inverter 5 (DD1.1) corresponds to the logic level “1”, and at the output of the second inverter 6 (DD1.2) it corresponds to the logic level “0”. Then, at the initial time, the voltage on the left side of the capacitor 4 (C1) also corresponds to a logical "0". Photodiode 2 (VD1) is in the closed state. Capacitor 4 (C1) starts charging through resistor 3 (R1) and closed photodiode 2 (VD1). The resistance of the closed photodiode 2 (VD1) depends on the intensity of the radiation incident on it, and the higher the light flux, the lower the resistance of the closed photodiode 2 (VD1), the capacitor 4 (C1) is charged faster and the threshold level at the input of the first inverter 5 (DD1) is reached .1). When it is reached, at the output of the first inverter 5 (DD1.1), the signal will correspond to the logic level “0”, and at the input of the second inverter 6 (DD1.2) it will correspond to the logic “1” as a result of an avalanche-like process. In this case, on the left side of the capacitor 4 (C1), the voltage becomes equal to the voltage of the power supply plus the voltage of the threshold level, and photodiode 2 (VD1) goes into the open state. Capacitor 4 (C1) will begin to discharge through resistor 3 (R1) and open photodiode 2 (VD1). The resistance of an open photodiode is several orders of magnitude lower than the resistance of a closed photodiode, and it almost does not depend on the light flux incident on it. Therefore, the discharge process is determined mainly by the resistance value of the resistor 3 (R1) and, to a lesser extent, the resistance of the open photodiode 2 (VD1) and is almost independent of the radiation incident on the photodiode. Then the voltage on the left side of the capacitor 4 (C1) begins to decrease, and when the threshold value at the input of the first inverter 5 (DD1.1) is reached, the voltage at its output will again become "1", and at the output of the second inverter 6 (DD1.2) - "0", and the capacitor 4 (C1) will again begin to charge. The result is a sequence of electric rectangular pulses (digital), in which the frequency and duty cycle of the pulses depends on the intensity of the radiation (figure 3). At the same time, the dynamic range of the measured luminous fluxes is expanded (determined by the operability range of photodiode 2 (VD1)), and accuracy is also improved by measuring three values at once: the frequency, duration and duty cycle of the pulses. In figure 3,
Устройство на фиг.4 также содержит фотодиод 2 (VD1), последовательно соединенный с ним резистор 3 (R1) и конденсатор 4 (С1), но три инвертора 5 (DD1.1), 6 (DD1.2), 9 (DD1.3). При этом резистор 3 (R1) также подключен ко входу первого инвертора 5 (DD1.1), но фотодиод 2 (VD1) - к выходу третьего 9 (DD1.3). Устройство работает аналогично устройству на двух инверторах, но обладает лучшей стабильностью, т. к. заряд и разряд конденсатора 4 (С1) осуществляется через выход третьего 9 (DD1.3), а не первого 5 (DD1.1) инвертора. The device in figure 4 also contains a photodiode 2 (VD1), a resistor 3 (R1) and a capacitor 4 (C1) connected in series with it, but three inverters 5 (DD1.1), 6 (DD1.2), 9 (DD1. 3). In this case, the resistor 3 (R1) is also connected to the input of the first inverter 5 (DD1.1), but the photodiode 2 (VD1) is connected to the output of the third 9 (DD1.3). The device works similarly to the device on two inverters, but has better stability, since the charge and discharge of the capacitor 4 (C1) is carried out through the output of the third 9 (DD1.3), and not the first 5 (DD1.1) inverter.
Предложенные устройства на двух и трех инверторах использовались в качестве датчиков теплового излучения. В качестве фотодиода использовался ФД-7Г. The proposed devices on two and three inverters were used as sensors of thermal radiation. FD-7G was used as a photodiode.
В зависимости от выбора номинала конденсатора 4 (С1) и типа микросхемы DD1 диапазон частот следования импульсов изменялся практически от долей Гц до сотен кГц. Depending on the choice of the capacitor value 4 (C1) and the type of microcircuit DD1, the range of pulse repetition frequencies varied from almost a fraction of Hz to hundreds of kHz.
Источники информации
1. RU 2038474.Sources of information
1. RU 2038474.
2. RU 2030716. 2. RU 2030716.
3. RU 2014574 (прототип). 3. RU 2014574 (prototype).
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001115850/28A RU2207525C2 (en) | 2001-06-14 | 2001-06-14 | Method for measuring light fluxes and apparatus for performing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001115850/28A RU2207525C2 (en) | 2001-06-14 | 2001-06-14 | Method for measuring light fluxes and apparatus for performing the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2001115850A RU2001115850A (en) | 2003-06-10 |
RU2207525C2 true RU2207525C2 (en) | 2003-06-27 |
Family
ID=29209770
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001115850/28A RU2207525C2 (en) | 2001-06-14 | 2001-06-14 | Method for measuring light fluxes and apparatus for performing the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2207525C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2445589C1 (en) * | 2010-07-12 | 2012-03-20 | Геннадий Алексеевич Копылов | Method of measuring surface temperature and temperature measuring device |
RU2558283C1 (en) * | 2014-05-19 | 2015-07-27 | Государственное казенное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России) | Micropower photosensor having frequency output |
-
2001
- 2001-06-14 RU RU2001115850/28A patent/RU2207525C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2445589C1 (en) * | 2010-07-12 | 2012-03-20 | Геннадий Алексеевич Копылов | Method of measuring surface temperature and temperature measuring device |
RU2558283C1 (en) * | 2014-05-19 | 2015-07-27 | Государственное казенное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России) | Micropower photosensor having frequency output |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105486620B (en) | A kind of air purifier, laser dust concentration sensor and its detection method | |
KR940010363A (en) | Photoelectric conversion system | |
RU2207525C2 (en) | Method for measuring light fluxes and apparatus for performing the same | |
JP2684574B2 (en) | Distance measuring device | |
JP2016166770A (en) | Electric leak detection device | |
US4556789A (en) | Measuring circuit for photo-receiving intensity of photosensor | |
CN213986767U (en) | Circuit for detecting light flicker | |
JPH09269259A (en) | Analog-to-digital converter for weight inspecting device | |
JP2006313770A (en) | Device and method of inspecting thyristor characteristic of semiconductor element | |
JP3324825B2 (en) | Charge storage type image sensor circuit | |
JP2676596B2 (en) | Light intensity measurement device | |
CN116545440B (en) | Photoelectric signal acquisition circuit, system and method | |
JPH0827211B2 (en) | Light quantity measuring device | |
JPH09257575A (en) | Light frequency synchronous type detecting device | |
RU2001115850A (en) | A method of measuring light flux and a device for its implementation | |
KR20170014668A (en) | Capacitance change measuring apparatus | |
US7710127B2 (en) | Test strip reader system and method | |
JPH03293581A (en) | Range finder | |
RU2095750C1 (en) | Photoelectric device for measuring the moving article diameter | |
RU2023241C1 (en) | Method of measurement of energy of optical signals | |
KR880000077B1 (en) | A smoke sensor | |
JPS6230567B2 (en) | ||
JP3203829B2 (en) | Sensor circuit | |
JPH07225247A (en) | Current detector | |
SU1615819A1 (en) | Method of determining warming-up time of incandescent lamps |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040615 |
|
HK4A | Changes in a published invention | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120615 |